太空是孕育新材料的摇篮

太空是孕育新材料的摇篮

20世纪人类最伟大的创举之一就是摆脱地球的束缚，冲破大气层的阻拦，进入了“太空”这一前人从未到达过的全新境界。

1957年10月4日，前苏联成功地将第一颗人造口星送入太空。1961年4月12日，前苏联航天员尤里·加加林乘“东方1号”宇宙飞船成功地进入环绕地球飞行的空间轨道，成为世界上第一个太空人。1969年7月20日，乘坐“阿波罗11号”登月舱的美同宇航员阿姆斯特朗在月球上留下了人类的第一个脚印。近半个世纪以来，航天领域的每、一次创举都使人类的探索精神得以升华。

时至今日，组建中的国际空间站已成为世界上最具影响的空间活动。2003年10月15日，我国“神舟5号”宇宙飞船将航天英雄杨利伟送入太空，使中国成为继俄罗斯、美国之后第三个独立地掌握了载人航天技术的国家，2005年10月12日，“神舟6号”宇宙飞船又成功将聂海胜和费俊龙送入太空，这一连串的壮举极大地增强了中华民族的自信心和自豪感。

航天科技的迅猛发展，已经成为引领新科学、新技术，带动国民经济发展的重要手段。空间科技成果在地面生产和生活中的推广和应用。正在不断改善和提高着人类的生活质量，使得空间科学及其应用成为当今人类最具显示度和影响力的活动。空间材料科学作为空间科学与应用领域中的重要分支，是传统的材料科学向空间环境的延伸，是发展材料科学新理论、探索材料制备新工艺和拓展材料应用新领域中最活跃的前沿性交叉学科之。

目前的空间材料科学研究主要集中在利用空间的微重力环境。那么，什么是微重力呢？在解释微重力概念之前，首先应从失重谈起。对于失重，人们早就熟悉。比如，在电梯中急速下降和从高处跌落下来，都会在瞬间处于失重状态。卫星、飞船、空间站等航天器上的各种仪器设备，当他们外层空间沿轨道飞行时，由于环绕地球旋转产生的离心力和重力达到近似平衡，都长期处于失重状态中。随着研究的深入，人们逐渐认识到所谓的“失重”、“零重力”或“无重力”的环境是无法实现的。由于某种因素的干扰，会造成重力加速度的变化，总足有微小的残余重力存在，小可能形成完全真正的“零重力”环境。因此，从科学和规范的角度来看，称“微重力”更为确切。

多年来，人们在重力场中已经形成了许多传统的物理概念，并推导出一些公式，形成了物理规律，似乎已经建立起不可动摇的理论体系。但是，在空间微重力条件下，以往的科技知就显得十分贫乏了。例如，在地面装有油、水和沙粒的试管中，沙粒总是下沉，而油滴总是上浮。而在空间微重力环境中，沙粒并不下沉，油滴也不上浮，3者可以实现均匀混合。总之，在微重力环境中，很多物理概念、包括流体中的刘流与沉淀效应、浸润现象、热交换规律、摩擦及电泳等物理过程，都必须重建新的物理模型，总结新的规律，创建新的，定理或定律。

空间的这种极其特殊的环境条件可以转化为人类可利用的宝贵资源，成为众多领域开展深入研究的有效工具。仅似空间材料科学研究为例，在空间环境下制备具有重要科学和应用价值的少量贵重材料、关键的技术材料，以满足高新技术领域对特殊材料的需求，同时还可获得在地面用传统方法不能制备或合成的新型材料等。

发达国家对空间材料的科学研究一直给予高度的重视。自1969年前苏联发射的联盟6号飞船上首次搭载了名为“火神”的空间材料实验装置以来，经过几十年的不懈努力，国外微重力材料科学领域已经取得了一批研究成果，并展现出美好而诱人的应用前景。

我国的空间材料实验装置研制始于20世纪80年代，虽起步较晚，但已取得长足发展。在我国载人航天工程中，应用系统的多工位晶体生长炉就是一种适合在“神舟号”飞船上进行空间材料生长研究的通用装置。该装置由中国科学院上海硅酸盐研究所等单位联合研制，能在一次空间飞行任务中完成半导体光电子晶体、氧化物功能晶体、金属及合金、非晶与复合材料等多种不同材料的空间实验需求。该装置曾先后参加了我国“神舟1号”、“神舟2号”和“神舟3号”飞船的空间飞行实验。在3次空间实验中，多工位晶体生长炉技术状态良好，圆满完成了空间飞行实验任务。

在执行“神舟3号”飞船的空、口实验任务中，按预定计划完成了全部的材料制备实验。